Ein Multikern-Prozessor (englisch Multicore-Prozessor) vereint mehrere vollwertige Rechenkerne auf einem einzigen Chip. Während ein einzelner Kern eine unabhängige Recheneinheit mit eigenen Registern und Ausführungseinheiten ist, kann ein Multikern-Prozessor mehrere Programme oder Threads gleichzeitig bearbeiten — echte Parallelität in einem Prozessor.
Wie funktioniert ein Multikern-Prozessor?
Jeder Kern besitzt eigene Rechenwerke, Register und meist eigene Cache-Ebenen (L1/L2). Die Kerne teilen sich den Zugriff auf den Hauptspeicher und oft den L3-Cache. Das Betriebssystem verteilt die laufenden Prozesse und Threads per Scheduler auf die verfügbaren Kerne. Beim gleichzeitigen Zugriff auf gemeinsame Daten sorgt die Cache-Kohärenz dafür, dass alle Kerne stets den aktuellen Stand sehen.
Warum mehrere Kerne statt eines schnelleren Kerns?
Die Taktfrequenz einzelner Kerne stößt an physikalische Grenzen: Höhere Taktraten erzeugen stark steigende Abwärme. Zwei Kerne mit moderatem Takt erreichen zusammen mehr Durchsatz als ein einzelner Kern mit doppeltem Takt — bei deutlich geringerem Energieverbrauch. Deshalb setzen praktisch alle Prozessoren seit Mitte der 2000er-Jahre auf mehrere Kerne statt auf immer höhere Taktraten.
Grenzen der Skalierung
Die Leistung wächst nicht linear mit der Kernzahl. Programme, die nur sequenziell arbeiten können, nutzen zusätzliche Kerne nicht aus; das Amdahlsche Gesetz beschreibt diese Grenze mathematisch. Auch der Speicherzugriff und die Kommunikation zwischen Kernen (Cache-Kohärenz) kosten Overhead.
Abgrenzung zu verwandten Begriffen
- Kern (Core): die einzelne Recheneinheit — ein Multikern-Prozessor besteht aus mehreren davon.
- Hyper-Threading/SMT: mehrere logische Prozessoren pro physischem Kern — Multikern bedeutet mehrere physische Kerne.
- Superskalarität: mehrere Befehle pro Takt innerhalb eines Kerns — Multikern skaliert zwischen Kernen.
Heterogene Multikern-Designs
Nicht alle Kerne müssen gleich sein. Die ARM-Architektur etablierte mit big.LITTLE beziehungsweise DynamIQ heterogene Designs: leistungsstarke und energieeffiziente Kerne im selben Chip, je nach Last automatisch gewählt. Moderne x86-Prozessoren kombinieren ähnlich Performance- und Efficient-Kerne (P- und E-Kerne).
Verwandte Grundlagen: CPU, Instruktionssatz, Mikroarchitektur.